Simulation

Die marktgerechte Produktentwicklung beschreibt eine Bedürfnisfokussierung, die im Idealfall zu hoher Produktqualität und Wirtschaftlichkeit führt. Mit dem Schwerpunkt der „Digitalen Fabrik“ konzentriert sich dieser Beitrag auf die die integrierte Produkt- und Prozessgestaltung. Bedingt durch die hohe Produktkomplexität, die verkürzten Produktlebenszyklen und der verschärften Wettbewerbssituation wird die Produktentwicklung vor neue Herausforderungen gestellt. Es gilt bei erhöhtem Planungsumfang sowohl die Geschwindigkeit als auch die Qualität der Planung weiter zu verbessern. Erst die Kombination von organisationsmethodischen und informationstechnischen Ansätzen wie zum Beispiel des „Simultaneous Engineering“ und der „Digitalen Fabrik“ verspricht eine hinreichende Steigerung der Planungseffizienz. Im folgenden Beitrag werden existierende Methodiken und erfolgversprechende Ansätze aus dem Bereich der „Digitalen Fabrik“ vor dem Hintergrund einer integrierten ...

Effektives virtuelles Engineering in der Produktentwicklung setzt eine Durchgängigkeit in allen digitalen Entwurfprozessen, Werkzeugen, Daten und Workflows voraus. Während diese Durchgängigkeit auf der geometrischen Ebene weitgehend realisiert ist, steht man bei der funktionalen Produktbeschreibung noch am Anfang. Der Beitrag analysiert den Stand der Technik sowie aktuelle Probleme bei der Einführung dieser Prozesse und Tools in Unternehmen des Maschinen- und Anlagenbaus. Im Weiteren werden Entwicklungsansätze und aktuelle Arbeiten der Autoren zur Schaffung durchgängiger digitaler Prozessketten im Produktentwicklungsbereich beschrieben.

Die Erlangung von Wettbewerbsvorteilen durch Betriebsorganisation bedarf einer permanenten Planungsbereitschaft, die sich durch den Einsatz von Methoden auszeichnet, die dem heutigen komplexen und schnelllebigen Unternehmensumfeld gerecht werden. Modellgestützte Methoden schaffen für Unternehmen und Verbunde Transparenz in komplexen Netzwerken. Wettbewerbsvorteile einzelner Unternehmen und ganzer Netze im globalen Kontext können so realisiert werden. Die Vision einer Modellierungsfabrik, in der im industriellen Maßstab effektiv Modelle und Instrumente erzeugt werden können, sowie Konzepte zu deren langfristigen Nutzung tragen zur Verbesserung der Betriebsorganisation durch modellgestützte Methoden bei. Die schnelle und preiswerte Verfügbarkeit macht den Methodeneinsatz attraktiv und die erhöhte Planungssicherheit schafft Wettbewerbsvorteile.

Terminverzögerungen in Verbindung mit Budgetüberschreitungen sind bei Entwicklungsprojekten oft die Folge einer unrealistischen Zeitplanung vor Projektbeginn. Zur Lösung dieser Herausforderung wird in diesem Beitrag ein simulationsbasierter Ansatz zur Modellierung von Entwicklungsprojekten vorgestellt, der neben einer Darstellung der projektspezifischen Aufbau- und Ablauforganisation vor allem das typische nicht-deterministische Projektverhalten berücksichtigt. Mithilfe dieses Ansatzes ist eine realistische Zeitplanung und Ressourcen-Allokation für komplexe Entwicklungsprojekte möglich. Studien bei Industriepartnern in der verfahrenstechnischen Industrie belegen die Praxistauglichkeit des entwickelten Instr­umen­tariums.

Die Materialflusssimulation ist ein etabliertes Werkzeug zur Modellierung, Analyse, Bewertung und Optimierung von Fertigungssystemen. Der Nutzen der Simulation ist in vielen Fällen erheblich und zeigt die Notwendigkeit, diese vermehrt in der Planung einzusetzen. Dem hohen Nutzen steht allerdings ein ebenfalls sehr hoher Aufwand entgegen, welcher deren konsequenten Einsatz bislang verhindert. Durch Simulationsstudien gewonnene Erkenntnisse können in Form simulationsbasierter Kennfelder festgehalten werden. Damit lassen sich insbesondere der Aufwand der Modellerstellung und Experimentdurchführung reduzieren. Mit simulationsbasierten Kennfeldern können häufig wiederkehrende Fragestellungen schnell und aufwandsarm beantwortet werden. Im vorliegenden Beitrag wird eine Methodik vorgestellt, die den Entwicklungsaufwand für simulationsbasierte Kennfelder reduziert. Diese Methodik wird anhand eines Beispiels validiert.

Dieser Beitrag stellt eine Simulationsstudie vor, die am Container-Terminal Altenwerder in Hamburg durchgeführt wurde, um verschiedene Fragestellungen zur Einsatzplanung der fahrerlosen Transportfahrzeuge (automated guided vehicles, AGVs) zu untersuchen. Nach einem Überblick über die Struktur des Simulationsmodells wird die Anwendung im vorliegenden Praxisfall diskutiert. Hierzu werden verschiedene Simulationsuntersuchungen zusammengefasst, um die vielseitige Einsatzfähigkeit des Modells zu demonstrieren.

Der Beitrag stellt eine digitale Planungsumgebung zur integrierten Fabrik- und Logistikplanung vor. Im Mittelpunkt der Arbeiten steht die Verschmelzung von Methoden für die kurz- und mittelfristige Fabrik-, Produktions- und Arbeitsplanung in einem mittelständischen Unternehmen. Ziel ist die deutliche Verkürzung der Planungsprozesse bei gleichzeitiger Reduktion des Gesamtaufwands auf Basis eines aktuellen, digitalen Fabrikmodells. Daten aus der Produktion und aus dem Auftragswesen fließen zeitnah in verteilte Prognosemodelle ein. Sowohl Ist-Daten als auch Prognoseergebnisse werden über die Fabrikebenen Produktion, Segment, Zelle und Maschine in einem „Fabrik-Cockpit“ problemorientiert visualisiert und Handlungsoptionen proaktiv vorgeschlagen. Durch die starke Beschleunigung der Planungsprozesse verlieren die gestalterischen Prozesse ihren Projektcharakter und werden zum Tagesgeschäft.

Zentrale Planung und Steuerung werden durch die hohe dynamische und strukturelle Komplexität in heutigen logistischen Systemen erheblich erschwert. Um eine stärker dezentrale und autonome Steuerung zu ermöglichen, ist Kommunikation zwischen den Elementen eines logistischen Netzes zur Bereitstellung der Information zwingend erforderlich. In diesem Beitrag wird die Modellierung der Kommunikation zwischen den beteiligten Komponenten beschrieben. Die Modellierung beinhaltet sowohl Quelle und Ziel der Information, als auch Datenmenge, Häufigkeit, Dienstgüte und den möglichen Zeitpunkt der Übertragung für eine sinnvolle Nutzung der Information. Unter Berücksichtigung des Modells wird die technische Realisierbarkeit mit heutigen und zukünftigen Systemen zur Kommunikation untersucht.

Produktions- und Logistiknetzwerke sind durch eine wachsende dynamische und strukturelle Komplexität gekennzeichnet, wodurch eine effiziente Planung zunehmend erschwert wird. Auftretende nichtlineare dynamische Effekte, die im Falle ähnlicher, auf den ersten Blick unbedeutender Ursachen zu stark unterschiedlichen und teilweise extremen Resultaten führen, tragen zusätzlich zu dieser Problematik bei. Als Folge können beispielsweise Instabilitäten in Form starker Bestandsschwankungen auftreten, die für die Netzwerkteilnehmer eine enorme wirtschaftliche Belastung darstellen. Die simulationsgestützte Analyse dieser Zusammenhänge ist Gegenstand des nachfolgenden Beitrags. Darüber hinaus werden als Ergebnis der Analyse Mittel und Wege aufgezeigt, der gegebenen Problematik besser gerecht zu werden und kostenintensive Bestandsschwankungen zu vermeiden.

Zur Planung und Steuerung logistischer Prozesse auf Automobil-Terminals werden heute in der Regel zentrale Logistiksysteme eingesetzt, welche den hohen Anforderungen an eine flexible Auftragsabwicklung aufgrund zunehmender Dynamik und Komplexität häufig nicht gerecht werden. So wird insbesondere der Fahrzeugdurchlauf auf einem Automobil-Terminal von der Anlieferung über die Einlagerung bis hin zur technischen Aufbereitung und Auslieferung zum Autohändler zentral geplant und gesteuert. Durch Einführung von Selbststeuerungsmechanismen sollen die Fahrzeuge in die Lage versetzt werden, ihren Weg durch das Logistiknetzwerk gemäß ihren eigenen Zielsetzungen selbst zu bestimmen. Im Rahmen dieses Beitrags sollen zunächst Ansätze zur Selbststeuerung dargelegt und darauf aufbauend Verbesserungspotenziale durch die Etablierung selbststeuernder logistischer Prozesse in der Automobillogistik am Beispiel der Firma E. H. Harms Auto-Terminal-Hamburg untersucht werden.